1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 24
Текст из файла (страница 24)
При высоком давлении ЯН, формируются пленки, имеющие островковую структуру. Пленки гидрогенизированного аморфного кремния представляют собой сплав 51 с Нь в котором атомное содержание Нв достигает 50%. Пленки, осаждаемые при температуре ниже 200'С, содержат включения дигидрида и, возможно, тригидрида кремния. При температуре осаждения, превышающей 200'С, водород присутствует в пленке, по-видимому, только в виде моногидрида кремния (включения ЯН). Данные о наличии атомов или молекул водорода в междоузлиях отсутствуют. Пленки гидрогенизированного аморфного кремния можно легировать бором или фосфором при введении в газовую фазу паров ВвНа нли РНа.
ыз Методы осатндения тонких пленок 2.3.5 Реакция замещения Пленки сульфида меди можно получать с помощью поверхностной ионообменной реакции, или, иначе, реакции замещения, которая условно записывается в виде Сбу+ 2СпХ-иСпту+ СбХе где символом Х обозначен атом галогена (С!, Вг или 1), а символом У вЂ” атом элемента Ъ'1 группы (5, Бе или Те). Этот процесс, называемый также упрощенно окунанием или мокрым н химическим процессом, связан с замещением иона Сд двумя ионами Сп.
Реакции замещения используются для выращивания пленок Спх5 (132) и СырТе [133). Продукт реакции Сг)Хх удаляется промывкой в воде или метаноле. Реакция обычно проводится в водном растворе в интервале температур от 90 до 100'С. Для повышения растворимости СпХ в раствор добавляют такие соли, как МаС! или !чНчС1. Применяемые в качестве восстановителя гидразин или гидроксиламин предотвращают окисление ионов Спи. Реакцию проводят в инертной атмосфере, при этом над ванной создают защитный слой Аг или )х)х.
Некоторые авторы 1134) для восстановления ионов меди помещают в ванну медные опилки. Сообщалось также (135) об использовании органического раствора вместо водного. Типичный раствор для окунания, применяемый в нашей лаборатории для изготовления солнечных элементов на основе Сп,5 — Сс)Я, имеет следующий состав: СпС! (свежеприготовленный) — 4 г/л !чтаС! — 6 г/л рН=З,О (устанавливается с помощью НС1) Температура ванны — 97'С Кинетика реакции замещения изучалась несколькими авторами, причем наиболее детально исследовался процесс получения Сп,5. Значительное влияние на скорость реакции оказывает количество ионов меди в растворе, которое в свою очередь зависит от концентрации соли, концентрации МаС!, значения рН и от микроструктуры поверхности, на которой происходит реакция.
Толщина образующегося слоя возрастает с увеличением продолжительности окунания при условии, что прочие параметры процесса не изменяются. Реакция протекает с большой скоростью, и при получении слоя Спх5 толщиной 200 нм продолжительность окунания обычно составляет от 5 до о В отличие от мокрого процесса аналогичный сухой химический пропесс происходит в твердой фазе при напылении в вакууме на пленку, например, Сдэ слоя СпС! и одновременной (или последующей) термообработке для осуществления реакпии замещения.
— Прим. дед. Глава 2 114 0,5 - 0,~ " 0Д в 0,2 Я 0,1 0 а 10 15 0 5 10 Првзспмцпзевьиссжь окэицици, с Рис. 2.20. Влияние различных параметров иа процесс осаждения пленок Сц,5, получаемых посредством окуиаиия [1371. 10 с. Скорость роста пленки зависит от вида галогена и повышается при замене атомов С! на атомы Вг н 1 в соответствии с последовательностью С[-+-Вг — ь[ [136]. Поскольку реакция происходит'в приповерхностной области, слой Си,Я имеет такую же микроструктуру, как и исходный слой Сс[В. Сульфид меди может существовать в виде нескольких фаз с различным составом. Состав получаемого слоя зависит от скорости реакции и степени окисления ионов меди в растворе.
Электрические и оптические свойства сульфида меди определяются главным образом его составом. На рнс. 2.20 в графической форме показано влияние различных параметров реакции на процесс роста пленок СизЯ, получаемых посредством окунания !137).
Несмотря на то что мокрый метод, или метод окунания, широко применяется в производстве солнечных элементов,он имеет несколько недостатков, к которым относятся: 1) необходимость использования толстого ( -25 мкм) исходного слоя Се[5 для предотвращения шунтирования элемента вследствие высокой скорости диффузии подвижных ионов Си в областях слоя СЮ, имеющих несовершенную структуру, к которым относятся, в частности, границы зерен; 2) неоднородность свойств слоя Спв3 из-за резкого прерывания реакции при достижении необходимой толщины слоя; 3) наличие в слое Спвй после окончания реакции градиентов концентрации Сп и С1[; 4) отсутствие возможности регулировать состав слоя Си $.
При проведении реакции замещения в твердой фазе указанные проблемы отсутствуют. Для осуществления этого процесса [138, !39), называемого часто сухим, на поверхность слоя СЮ методом вакуумного испарения осаждают тонкую пленку СиС!. Методы осаждения тонких пленок 115 Ее толщина выбирается с учетом необходимой толщины слоя СитЬ. Прн нагреве пленок, образующих систему СнС1 — С43, между пленками происходит реакция в твердой фазе. Дас и др.
[139) сообщали о получении пленок Сиа8 стехиометрического состава со структурой вюртцита или сфалерита, воспроизводящей структуру слоя СЮ, при температуре реакции в интервале 200 ...250 'С. Данный процесс происходит преимущественно в поверхностном слое, и толщина СняЬ с высокой точностью регулируется изменением толщины слоя СнС).
Поскольку в основе реакции, протекающей в твердой фазе, лежит диффузионный процесс [140] н ее можно проводить до получения полностью однородного состава [!16), в образующемся слое сульфида меди градиенты концентраций Сг( и Сп отсутствуют. Однако для образования слоя Снх3 стехиометрического состава перед проведением реакции все виды ионов меди, присутствующие в СнС1, необходимо восстановить до нейтрального состояния. Испарение СиС! через прокладку из медной «шерсти» способствует восстановлению ионов меди. При другом способе проведения реакции в твердой фазе на поверхность С65 в первую очередь наносят тонкий слой Сп, а затем испаряют пленку СиС! [1401 2.3.6 Электролитическое осаждеиие Химические процессы, происходящие при протекании электрического тока через электролит, носят название электролиза, а выделение на электродах в результате этих процессов какого- либо вещества называется электролитическим осаждением или электроосаждением.
Явление электролиза описывается двумя законами, сформулированными Фарадеем в !833 г.: 1) масса выделившегося вещества прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит; 2) массы различных веществ, осажденных па электроде илн удаленных вследствие их растворения прн прохождении через электролит такого же количества электричества, прямо пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ. Объединенный закон электролиза математически можно представить в виде Ю' =- 1ЕЬР, где )й' — масса (в граммах) осажденного вещества, 1 — ток (в амперах), Š— химический эквивалент вещества (в граммах) н ! — продолжительность процесса (в секундах). Величина Г, называемая числом Фарадея н равная 96485 Кл!моль, представляет собой заряд, который необходимо пропустить через раствор, чтобы вызвать осаждение ионов какого-либо вещества, количество которого численно равно его электрохимическому эквиваленту.
116 глава 2 2.3.6.1 Процесс осаждения При погружении металлического электрода в раствор содержащий ионы того же металла, устанавливается динамическое равновесие М ~а М " -' Хе где символом М обозначен атом металла. Разность потенциалов, возникающая между электродом и электролитом при отсутствии внешнего напряжения, называется электродным потенциалом. В условиях динамического равновесия электрод приобретает определенный заряд, который притягивает ионы с зарядом противоположного знака, а также молекулы ~воды и удерживает их на границе раздела электрода и электролита за счет эле'- тростатического взаимодействия.
При этом образуется так называемый двойной электрический слой; его внутренняя часть состоит в основном из диполей, образованных ориентированными молекулами воды, и распределенных между ними избирательно адсорбированных ионов, в то время как его наружный слой содержит ионы с зарядом противоположного знака по отношению к электроду. В процессе осаждения вешества ионы достигают электрода, а затем, перемещаясь по его поверхности, занимают устойчивое положение, и если они имеют сольватную оболочку, то одновременно с этим происходит отделение лигандов (молекул воды или комплексообразуюших агентов), в результате чего ионы приобретают свойственный им заряд. В этих условиях протекает заранее предусмотренная электрохимическая реакция, Быстрое уменьшение концентрации ионов в двойном слое при осаждении вещества компенсируется непрерывным поступлением новых ионов из объема электролита.
Перенос ионов в обедненную область обусловлен слсдуюшими процессами: 1) диффузией, связанной с наличием градиента концентрации ионов; 2) дрейфом под действием приложенного электрического поля; 3) протеканием в электролите конвекционных токов. Существует ряд параметров процесса осаждения, изменение которых значительно влияет на условия роста и свойства получаемых пленок. 1) Плотность тока. Эта величина, согласно определению равная отношению общего тока к площади электрода, является одним из наиболее важных параметров, от которого зависят общие характеристики пленки, в том числе микроструктура, эффективность осаждения и скорость роста. Для каждого конкретного процесса осаждения оптимальный диапазон плотностей тока, обеспечивающих получение осадка с определенными свойствами, можно определить экспериментально.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
